Usando la gran instalación de radiación de sincrotrón SPring-8 en Japón, una colaboración de investigadores de la Universidad de Kumamoto, la Universidad de Tokio, y otros de Japón y Francia han medido con precisión la densidad del hierro líquido en condiciones similares a las del núcleo exterior de la Tierra:1, 000, 000 atm y 4, 000 grados C. La medición precisa de la densidad del hierro líquido en condiciones tan extremas es muy importante para comprender la composición química del núcleo de nuestro planeta.

La Tierra tiene un núcleo interno de metal sólido y un núcleo externo de metal líquido ubicado a unos 2, 900 km (1, 800 mi) debajo de la superficie, ambos están sometidos a presiones y temperaturas muy elevadas. Dado que el componente principal del núcleo exterior es el hierro, y su densidad es considerablemente más baja que la del hierro puro, Se pensaba que contenía una gran cantidad de elementos ligeros como hidrógeno y oxígeno. Identificar el tipo y la cantidad de estos elementos ligeros permitirá comprender mejor el origen de la Tierra, específicamente los materiales que componían la Tierra y el medio ambiente en el núcleo cuando se separó del manto. Sin embargo, esto primero requiere una medición precisa de la densidad del hierro líquido puro a una presión y temperatura extremas similares a las del núcleo fundido para poder comparar las densidades.

A medida que aumenta la presión, el punto de fusión del hierro también se eleva, lo que dificulta el estudio de la densidad del hierro líquido a una presión ultra alta. Las mediciones anteriores de la densidad del hierro líquido a alta presión afirmaron que era aproximadamente un 10% más alta que la densidad del hierro líquido en las condiciones del núcleo. pero se supuso que los experimentos de compresión de choque utilizados tenían un gran error.

El trabajo actual mejora estas mediciones mediante el uso de rayos X de alta intensidad en la instalación SPring-8 para medir la difracción de rayos X de hierro líquido a presiones ultra altas y altas temperaturas. y aplica un método analítico novedoso para calcular la densidad del líquido. Adicionalmente, el perfil de velocidad del sonido del líquido se midió en condiciones extremas hasta 450, 000 atm. Los datos se recopilaron a varias temperaturas y presiones y luego se combinaron con datos de ondas de choque anteriores para calcular la densidad para las condiciones en todo el núcleo de la Tierra.

En la actualidad, la mejor forma de estimar la densidad del núcleo exterior de la Tierra es a partir de observaciones sísmicas. Al comparar la densidad del núcleo externo con las mediciones experimentales de este estudio, se encuentra que el hierro puro es aproximadamente un 8% más denso que el del núcleo externo de la Tierra. Oxígeno, que ha sido considerada como una impureza importante en el pasado, no puedo explicar la diferencia de densidad, sugiriendo la presencia de otros elementos ligeros. Esta revelación es un gran paso hacia la estimación de la composición química del núcleo, un problema de primera clase en las Ciencias de la Tierra.

"En todo el mundo, muchos intentos de medir la densidad, velocidad del sonido, y la estructura de líquidos a presiones ultra altas utilizando celdas de diamante calentadas por láser se han realizado durante más de 30 años, pero ninguno ha tenido éxito hasta ahora, "dijo el Dr. Yoichi Nakajima, uno de los principales miembros de la colaboración investigadora. "Esperamos que las innovaciones tecnológicas logradas en este estudio aceleren drásticamente la investigación sobre líquidos sometidos a altas presiones. Con el tiempo, creemos que esto profundizará nuestra comprensión del núcleo metálico líquido y el magma en las profundidades de la Tierra y otros planetas rocosos ".